Asynchronous Transfer Mode

1. AsynchronousTransferMode Projektování distribuovaných systémů Lekce 1 Ing. Jiří ledvina, CSc

2. Úvod • Architektura ATM • Signalizace a adresování • Směrování • Propojení ATM a existujících LAN – LAN emulace • Nativní režimy ATM • Multiprotocol over ATM

3. Úvod • Základní vlastnosti ATM • Spojově orientované – složitost, stavovost • Signalizační protokoly – navázání spojení • Adresování • Směrování • Kooperace s existujícími protokoly

4. Architektura ATM • ATM síť – soubor přepínačů propojených dvoubodovými spoji • Podporuje dva typy rozhraní • UNI – User Node Interface – propojení směrovačů, hostitelských systémů s ATM přepínači • NNI – Network Node Interface – vzájemné propojení přepínačů

5. Architektura ATM

6. ATM spojení • Propojení virtuálními okruhy • Virtuální cesty (virtual path) – VPI (identifikátor) • Virtuální kanály (virtual channel) – VCI (identifikátor) • Virtuální cesta – obsahuje více virtuálních kanálů • Přepínání virtuálních cest • Přepínání virtuálních kanálů • VPI a VCI mají pouze lokální význam (vztahují se k lince)

7. ATM přepínač

8. ATM přepínání

9. Typy spojení • PVC - Permanent Virtual Circult • VPI/VCI nastavováno administrátorem ručně • SVC - Switched Virtual Circult • Dynamické vytváření a rušení spojení (signalizační protokoly) • Soft PVC – • PVC vytvořeno manuálně na úrovni UNI • Vytvořeno dynamicky mezi NNI

10. Typy spojení • Spojení bod – bod • Jednosměrné nebo obousměrné • Spojení bod – multibod • Rozeznává kořen a list (počátek, konec) • Jednosměrné spojení • Připojování (join) a odpojování (leave) listů k doručovacímu stromu

11. Broadcasting a Multicasting • Broadcast neexistuje (pouze LAN emulace) • Řešení multicastingu • VP – multicasting – každý uzel dostane společné VCI • Multicast server – uzel který množí paketz – převod na spoje typu bod – bod • Překrytí spojením typu „bod - multibod“ – vytvoření spojení bod – multibod každý s každým

12. Multicast server

13. Překrytí spojením bod - multibod

14. Signalizace • Využívá virtuální kanál VPI/VCI = 0/5 • Vytvářené spojení je potvrzované (request – confirm/reject) • Signalizační protokol zjednodušený Q.2931

15. Modely adresování • Každý signalizační protokol vyžaduje adresní schéma • Potřebuje identifikovat zdrojové a cílové uzly • Peer model • Využívá adresování i směrovací protokoly „neseného“ protokolu (IP, OSPF) • Složitější ATM přepínače (podpora směrování, směrovací tabulky) • Subnetwork (Overlay) model • Definuje nové adresní i směrovací schéma • Existující protokoly operují nad ATM • Obdoba IP nad X.25 nebo IP nad PPP • Potřeba ARP (mapování IP adres na ATM adresy) • Oddělení protokolu ATM od vyšších protokolů

16. Modely • Peer model

17. Modely • Overlay model

18. ATM adresy • ATM adresa obsahuje • AFI – Authority and Format Identifier (typ adresy a její formát) • IDI – Initial Domain Identifier (autorita pro administraci a přidělování adres • DSP – Domain Specific Part (směrovací informace) • Existují 3 formáty ATM adres • NSAP E.164 (ITU) • DCC (Data Country Code) - státy • ICD (BSI) - organizace

19. ATM adresy

20. Registrace adresy koncového zařízení • Protokol ILMI (Interim Local Management Interface) – prozatímní • Zjednodušení konfigurace ATM adresy koncového zařízení

21. Směrovací protokoly • IISP – Interim Inter-Switch Signaling protocol • Jednoduchý protokol směrování s manuálně konfigurovanými tabulkami prefixů v přepínačích • Limitovaná rozlehlost sítě • P-NNI – Private NNI • Směrování v privátních sítích • Podpora QoS • B-ICI – Broadband Inter-Carrier Interface • Směrování ve veřejných sítích

22. Hierarchie PNNI

23. PNNI vytváření spojení

24. Protokoly úrovně 3 nad ATM Projektování distribuovaných systémů Lekce 2 Ing. Jiří ledvina, CSc

25. Protokoly L3 nad ATM • Přenos nativního protokolu přes ATM síť • Přenos LAN přes ATM síť • Používá IP adres (ne ATM adresy) – požadavky na přenos protokolu L3 – odlišné od ATM (spojované služby kontra nespojované služby, bcast, mcast kontra unicast) • Je nutné řešit dva problémy • Zapouzdření paketu • Resoluce adresy (IP – ATM)

26. Protokoly L3 nad ATM Existují tři řešení zapouzdření a resoluce adresy • LANE (LAN Emulation) – MAC protokol použitý pro realizaci transparentních LAN služeb nad ATM • Rozšíření LANE je Multiprotocol over ATM (MPOA) • Používá LANE a cut-through směrování ke zlepšení výkonnosti v rozlehlých sítích • Operace v původním režimu (native mode) • Založeno na protokolech definujících IP konektivitu nad ATM s použitím • Zapouzdření IP nad ATM (obecně protokol L3) • Resoluce ATM adresy ze síťové adresy (IP) • Tomuto řešení se říká Classical IP and multiprotocol Encapsulation over ATM (Classical IP over ATM) • Tag switching – technologie kombinuje výhody směrování s výkonností přepínání a tím nabízí jiné řešení pro přenos IP paketů přes ATM síť

27. Classical IP and Multiprotocol Encapsulation over ATM • Přenos IP a dalších L3 protokolů přes ATM • Classical IP and ARP over ATM (RFC 1577) • Používá přepínané virtuální okruhy (SVCC) a permanentní virtuální kanály (PVCC) • Specifikuje mechanizmus pro resoluci a vyhledávání adres • Multiprotocol Encapsulation over ATM adaptation layer 5 (RFC 1483) • Definuje zapouzdření různých typů PDU pro transport nad ATM

29. RFC 1577 • ATM je použito k přímé náhradě propojení LAN segmentů obsahujících stanice s IP adresami a IP směrovači • Tyto LAN segmenty se nazývají Logical IP Subnets (LIS) a jsou identické s konvenčními LAN subsítěmi • ATM propojené systémy v různých LIS mají různé síťové adresy a mohou komunikovat pouze prostřednictvím směrovačů, i když jsou připojeny do téže ATM sítě • Pro resoluci adres se používá ATMARP a InATMARP (Address Resolution Protocol a Inverse Adress Resolution Protocol)

30. Mechanizmus ATMARP • V ATM neexistují broadcasty – není možné použít obdobu ARP v broadcast sítích (broadcast může být realizován jako rozesílání kopií v unicast kanálech) • Řešeno ATMARP serverem – obsahuje tabulku IP a ATM adres pro jednu subsíť • Libovolný klient může získat ATM adresu zařízení a navázat přímo spojení

31. Classical IP-over-ATM • ARP klient registruje svoji IP a ATM adresu v ARP serveru • Klient A hledá ATM adresu pro IPB, server vrací ATM adresu B • Klient vytváří ATM SVCC na klienta B a posílá mu data • Jakmile klient B odpovídá na paket z A, posílá též dotaz na ARP server • Po obdržení ATM adresy A zjišťuje klient B, že SVCC již existuje a další nevytváří • Klient B posílá data do A. • V každé LIS musí být směrovač, konfigurovaný jako ATMARP klient nebo lépe ve směrovači může běžet ATMARP server.

32. Mechanizmus InATMARP • V tomto případě není třeba funkce ATM serveru • Klienti si vyměňují informaci a vyhledávají ostatní protokolové adresy • K vyhledání protokolové (IP) adresy na druhém konci spojení pošle klient InATMARP dotaz po existujícím spojení

33. RFC 1483 • Multiprotocol Encapsulation over ATM • Mechanizmus zahrnuje i přenos jiných rámců než jsou IP pakety • Existují 2 možnosti jak to zařídit • LLC/SNAP zapouzdření – různé protokoly mohou být přenášeny jedním ATM spojením a identifikovány standardním LLC/SNAP záhlavím • Multiplexování virtuálního spojení – přes ATM spojení je přenášen pouze jeden protokol – protokol je implicitně dán při vytváření spojení

34. Možné kombinace RFC 1483 a RFC 1577 • SVCC a ATMARP • Zapouzdření IP datagramů nad ATM (routed IP formát) • Použití ATM ARP k mapování IP na ATM adresu • PVCC a InATMARP • Mezi síťovými zařízeními jsou konfigurovány staticky cesty (PVCC) • Rozpoznání IP adresy se děje pomocí ATM adresy koncového uzlu a InATMARP • IP pakety jsou přenášeny ve SNAP

35. SVCC a ATMARP

36. SVCC a ATMARP • Zapouzdření IP datagramů nad ATM (routed IP formát) • Použití ATM ARP k mapování IP na ATM adresu • Výhody: • Pro propojení IP subsítě je jednodušší než LANE • Jednoduchá konfigurace pro malé sítě (adresa ATMARP serveru) • Podpora ATMARP od mnoha výrobců

37. SVCC a ATMARP • Omezení: • Nemá podporu multicastu • Podporuje pouze IP • Není možnost ořezat tok dat ve směrovačích • Při přenosu přes více LIS se musí použít směrovače i když přenosy probíhají v jedné ATM síti • ATMARP server je úzké místo v systému • Ve velkých sítích nebezpečí chybné konfigurace ATMARP serverů (musí být ve všech klientech)

38. PVCC a InATMARP • Mezi síťovými zařízeními jsou konfigurovány staticky cesty (PVCC) • Rozpoznání IP adresy se děje pomocí ATM adresy koncového uzlu a InATMARP • IP pakety jsou přenášeny ve SNAP • Výhody: • InATMARP je podporováno mnoha výrobci • Konfigurace pro propojené IP subsítě je jednodušší než LANE

39. PVCC a InATMARP • Omezení: • Nemá podporu multicastu • Podporuje pouze IP • Není možnost ořezat tok dat ve směrovačích • Při přenosu přes více LIS se musí použít směrovače i když přenosy probíhají v jedné ATM síti • Ve velkých sítích nebezpečí chybné konfigurace ATMARP serverů (musí být ve všech klientech)

40. VLAN Projektování distribuovaných systémů Lekce 3 Ing. Jiří ledvina, CSc

41. VLANVirtual LAN • Cíl – rozdělení fyzicky propojených počítačů do skupin, které fungují tak, jako by nebyly fyzicky propojeny (na rozdíl od VPN) • Logický segment sítě • Jedna broadcastová doména • Přenosy spojené s VLAN jsou chráněny před přístupem uživatelů jiných VLAN • Jsou šířeny jen do VLAN • Multicasty a broadcasty šířeny pouze ve VLAN

42. VLAN Virtual LAN • Ve skupině jsou síťová zařízení, která • Mohou být umístěna na více fyzických LAN • Neexistují omezení vzhledem k fyzickému umístění • Mohou komunikovat jako by byly všechny na jedné LAN

43. Důvody zavedení VLAN • Nezávislost na umístění • Mobilita uživatelů – zůstávají ve stejné LAN i po přemístění • Lepší bezpečnost a vyšší výkonnost • Přenosy ve VLAN jsou přepínané, mezi různými VLAN směrované • Členství ve VLAN je definováno administrátorem • LAN organizovány podle funkčních skupin, nikoliv podle fyzického umístění • Uspořádání podle pravidla – přepínej pokud potřebuješ, směruj pokud musíš

44. Typy VLAN • Členství ve VLAN může být podle • Skupin portů (VLAN úroveň 1) • MAC adres (VLAN úroveň 2) • Protokolu 3 a vyšší úrovně (VLAN úroveň 3)

45. VLAN podle portů • port switching – přepínání portů • může být použito pro zvýšení bezpečnosti a zajištění izolovanosti • neumožňuje mobilitu uživatelů • přesunutý uživatel má novou sub-síť – nová IP adresa (směrovač)

46. VLAN založené na MAC adresách • vyžaduje předchozí registraci počítačů • členství ve VLAN je udržováno i při fyzickém přemístění • počítače různých VLAN mohou být připojeny do jednoho portu přepínače • LAN je definována seznamem MAC adres • Zajišťuje úplný pohyb uživatele • Pokud je třeba, jsou klienti i servery stále na téže LAN • Problém: potřeba udržovat příliš mnoho adres

47. VLAN úrovně 3 • Členství ve VLAN odvozeno od pole TYPE protokolu a podle adresových polí IP • VLAN konfigurace je určena přepínači • Do VLAN nepřísluší stanice, ale pakety • Více-protokolové stanice mohou být ve více VLAN • Obecně pomalejší než předchozí 2 typy VLAN • členství ve VLAN je určováno podle úrovně 3, ale nemá nic společného se směrovači nebo směrováním • IP adresa je použita pouze k mapování na VLAN, není jinak zpracovávána

48. VLAN trunk – vzdálené propojení lokálních sítí • Podle doporučení IEEE 802.1q • Přenos pro více VLAN jednou linkou – trunk (dálkové vedení) • Rámce Ethernetu jsou označovány VLAN ID (tag) • Schonost zpracovávat VLAN-ová i ne-VLAN-ová zařízení

49. VLAN tagging (značkování paketů VLAN) • Hranový přepínač (Ingress switch) přidá značku obsahující ID VLAN do příchozích paketů • Mezilehlé přepínače VLAN ID nepřepočítávají • Poslední hranový přepínač (Egress switch) značku z odchozího rámce odstraní. • Rámec • TPID – Tag Protocol ID • CFI – Canonical Format Indicator (přítomnost-nepřítomnost části RIF) • RIF – Source Routing Information Field • 01 – bez směrování • max délka dat v IEEE802.3 1470 slabik • priorita 0 < 1 < 2 < ... < 7

50. VLAN tagging (značkování paketů VLAN) 6 bytes 6 bytes 4 bytes 2 bytes 46–1,500 bytes 4 bytes Destination MAC Source MAC 802.1Q Tag Protocoltype field Data FCS Proprietary 2-byte number Priority CFI VLAN ID 16 bits 3 bits 1 bit 12 bits Tag protocolidentifier Tag control field